導(dǎo)讀

近日，國際著名理論化學(xué)家MiquelSolà教授應(yīng)《中國科學(xué) 化學(xué)》（Science China Chemistry）雜志主編邀請，以 “In-plane aromatic metallo-annulenes: bridging annulene and coordination chemistry” 為題撰寫Highlight，評論夏海平等人報(bào)道的金屬核輪烯化學(xué)（Nature 2025, 641, 106-111 ）。

Solà教授是這篇Nature文章的審稿人，他曾在推特上說：I reviewed this paper, and I did it following an open peer review process. I enjoyed the experience, also because the authors did excellent work. My review can be read in the“Peer Review”section。在審稿意見中他說“I will only say that I think the work done by the authors is remarkable. As to the computational part, let me start by saying that the authors performed state-of-the-art calculations. In particular, the study of the reaction mechanism of a such complicated process is quite impressive.”

Solà教授的Highlight首先介紹了輪烯與芳香性的關(guān)系，隨后列舉了輪烯與金屬的三種已有作用方式：1）輪烯與金屬配位形成夾心型化合物，如二茂鐵、二苯鉻（1973年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予Fischer和Wilkinson，以表彰他們在夾心型化合物方面的開創(chuàng)性研究）；2）輪烯通過雜原子間接和金屬作用，例如金屬卟啉；3）金屬代替輪烯骨架的CH，形成金屬雜輪烯，例如金屬苯。隨后指出：夏海平等人首次將金屬置于輪烯環(huán)中心，在一個(gè)過渡金屬的赤道平面上構(gòu)筑了6個(gè)C–M鍵，揭示了輪烯與金屬的全新作用方式。隨后，Solà教授對金屬核輪烯的芳香性進(jìn)行了重點(diǎn)介紹：金屬核[15]輪烯具有強(qiáng)芳香性。例如，其核獨(dú)立化學(xué)位移（NICS(1)zz）為-41.9 ppm，而苯為-29.3 ppm；芳香穩(wěn)定化能（ASE）為93.3 kcal/mol，而苯為33.1 kcal/mol。定域化軌道分析顯示，外層15輪烯骨架包含14π電子，符合休克爾規(guī)則；整個(gè)金屬核輪烯分子中，金屬d軌道（dxz和dyz）提供4個(gè)電子，總計(jì)18π電子，同樣符合休克爾規(guī)則。

圖1. 金屬輪烯發(fā)展史

此外，Solà教授指出，這種前所未有的金屬核輪烯在電子學(xué)、光子學(xué)和催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)可作為材料科學(xué)中的構(gòu)筑基元。他評價(jià)道，這些創(chuàng)新性的物種不僅具有重要的基礎(chǔ)科學(xué)意義，還蘊(yùn)含令人振奮的材料創(chuàng)新機(jī)遇。

最后，Solà教授從理論角度對該領(lǐng)域進(jìn)行了展望，其中最令人印象深刻的是：其理論計(jì)算表明，可用金屬核輪烯替代富勒烯球中的心環(huán)烯砌塊（金屬核輪烯與心環(huán)烯一樣：外圍都具有的15輪烯結(jié)構(gòu)），這樣就能得到金屬雜富勒烯C55M。其實(shí)含金屬的富勒烯早就有了。但是，金屬要不落入球體內(nèi)腔；要不被球體所配位，從而懸置于球體之外。而金屬嵌在球面的富勒烯從未見過。這一大膽設(shè)想意味著可能在富勒烯純碳表皮層出現(xiàn)過渡金屬d軌道參與共軛的全新體系，其光電、催化等性能值得期待。因此，Solà教授推測的金屬雜富勒烯若能夠被制備，將大大拓展富碳團(tuán)簇化學(xué)、富勒烯化學(xué)、芳香化學(xué)、配位化學(xué)和金屬有機(jī)化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的認(rèn)知邊界，也將為材料設(shè)計(jì)研究提供全新素材。

圖2. 由金屬核輪烯構(gòu)筑的金屬雜富勒烯C55M

Miquel Solà簡介：研究領(lǐng)域?yàn)槔碚摶瘜W(xué)與計(jì)算化學(xué)，尤其關(guān)注于芳香性研究。2013年獲西班牙皇家化學(xué)學(xué)會(huì)物理化學(xué)獎(jiǎng)，2019年獲“波蘭化學(xué)學(xué)會(huì)榮譽(yù)會(huì)員”稱號(hào)，2025年榮獲西班牙化學(xué)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)——西班牙皇家化學(xué)學(xué)會(huì)獎(jiǎng)?wù)?/strong>。他已發(fā)表500余篇科研論文、42章書籍章節(jié)，并擔(dān)任 Chemical Science、Theoretical Chemistry Accounts 等期刊編委。曾任西班牙赫羅納大學(xué)計(jì)算化學(xué)與催化研究所所長、化學(xué)系主任及博士生院院長。

Highlight論文：https://link.springer.com/article/10.1007/s11426-025-2910-4

Nature原文 ：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08841-2

夏海平組主頁：https://www.carbolong.com/home